چرا فراری نتوانست در مقابل وسوسه استفاده از توربوشارژر مقاومت کند؟

دنیای خودرو: یک خودروی سوپراسپرت باید از جنبه‌های مختلفی خاص باشد و در این میان توان موتور یکی از مهم‌ترین فاکتورها است به همین دلیل سازندگان این خودروها تلاش می‌کنند با بهره‌گیری از روش‌های مختلف توان موتور خود را افزایش دهند. افزایش توان موتور به معنی آن است که بتوان سوخت بیشتری را به سیلندر تزریق کرد و در مقابل با انفجاری قوی‌تر، توان بیشتری نیز از موتور خودرو گرفت اما در این زمینه محدودیت‌هایی نیز وجود دارد. این آسان‌ترین راه حل افزایش حجم موتور خودرو است چرا  که در این حالت حجم هر سیلندر در زمان تراکم بیشتر می‌شود و به این ترتیب می‌توان میزان بیشتری از سوخت را به داخل سیلندر تزریق کرد. این راه حل هر چند معمولاً نتیجه‌ای قطعی به دنبال دارد اما محدودیت‌هایی نیز در این زمینه وجود دارد. یک موتور پر حجم به معنای ابعاد بزرگ موتور است، امری که در خودروهای سوپراسپرت امروزی چندان مورد پذیرش نیست.

از سوی دیگر یک موتور تنفس طبیعی محدودیت‌های ذاتی خود را نیز دارد و حتی با بالاترین فناوری‌ها نیز نمی‌تواند بیش از مقدار مشخصی نیرو از هر لیتر حجم خود ارائه کند و اگر برای افزایش توان به موتور خودرو فشار وارد شود عمر قطعات آن کاهش خواهد یافت. از سوی دیگر یک موتور بزرگ به معنی وجود قطعات متحرک سنگین است و این یعنی کند بودن موتور در زمان دورگیری. به این‌ها انبوهی از مشکلات دیگر موتورهای پر حجم را اضافه کنید تا دید بهتری از مشکلات پیش روی طراحان و سازندگان خودروهای سوپراسپرت داشته باشید. با همین دیدگاه است که بسیاری از خودروسازان برای تقویت موتور به سراغ سوپرشارژر و یا توربوشارژر رفته‌اند چرا که در این حالت می‌توان حجم موتور را پایین نگه داشت. در این حالت موتور خودرو ابعاد جمع و جوری خواهد داشت اما در زمان نیاز به ورود سیستم تقویت‌کننده به مدار و افزایش میزان هوای ورودی به موتور می‌توان با تزریق سوخت بیشتر، توان بالاتری از موتور به دست آورد و دقیقاً به همین دلیل است که اینک شرکت فراری نیز به جمع تولیدکنندگان خودروهای سوپراسپرت با موتور مجهز به توربوشارژر پیوسته است.

فراری در میان تولیدکنندگان خودروهای سوپراسپرت نامی شناخته شده است و محصولات این شرکت در کنار طراحی زیبا (که البته حاصل هنرنمایی شرکت پینین فارینا است) به داشتن موتورهای پر قدرت نیز مشهورند. این شرکت سال‌ها است تلاش می‌کند با بهره‌گیری از فناوری‌های مختلف، توان موتورهای تنفس طبیعی خود را افزایش دهد اما سرانجام مهندسان این شرکت نیز نتوانستند در مقابل وسوسه بهره‌گیری از توربوشارژر طاقت بیاورند و پس از سال‌ها، بار دیگر فراری را با موتور توربو خواهیم دید. فراری اعلام کرده قصد دارد در نمایشگاه خودروی ژنو از فراری کالیفرنیاT به عنوان نمونه توربوشارژردار مدل محبوب فراری کالیفرنیا رونمایی کند.

توربویی که جادو می‌کند

فراری کالیفرنیا نخستین بار در سال ۲۰۰۸ و در جریان نمایشگاه خودروی پاریس در معرض دید علاقه‌مندان قرار گرفت. موتور نمونه‌های عادی این خودرو ۴٫۳ لیتر حجم و ۴۵۳ اسب‌بخار قدرت دارد، رقمی که در مقابل حجم موتور قابل قبول به نظر می‌رسد اما مهندسان فراری مدتی بعد از عرضه این خودرو بار دیگر تلاش کردند قدرت موتور را افزایش دهند و به این ترتیب در سال ۲۰۱۲ با تغییراتی در سیستم پاشش سوخت توانستند قدرت موتور را به ۴۹۰ اسب‌بخار برسانند و با این حساب فراری کالیفرنیا از هر لیتر از حجم موتور خود ۱۱۳ اسب‌بخار قدرت استخراج می‌کرد. در گام بعدی، مهندسان فراری بار دیگر برای افزایش توان موتور این خودرو دست به کار شدند اما این بار کاهش مصرف سوخت و آلایندگی موتور نیز مطرح بود و به این ترتیب فراری به سراغ بهره‌گیری از سیستم پرخوران رفت و ایده تولید موتور مجهز به توربوشارژر مطرح شد.

موتور فراری کالیفرنیاT کوچک‌تر از نمونه‌های عادی این خودرو است و ۳٫۸ لیتر حجم دارد. این حجم موتور شاید برای خودرویی با نام فراری رقم پایینی به نظر برسد اما مهندسان فراری با بهره‌گیری از دو توربوشارژر توانسته‌اند قدرت این موتور را به مرز ۵۶۰ اسب‌بخار برسانند تا از هر لیتر حجم موتور خودرو ۱۴۷ اسب‌بخار قدرت استخراج شود. مهم‌تر از افزایش توان، ارتقا گشتاور موتور جدید است چرا که در مقابل ۵۰۰ نیوتن‌متر گشتاور مدل‌های عادی، مدل‌های توربو می‌توانند ۷۵۵ نیوتن‌متر گشتاور تولید کنند و این مسأله در شتاب‌گیری‌های میانی خودرو بسیار موثر است.

موتور این خودرو نمونه‌ای هشت سیلندر و Vشکل است و فراری برای هر بلوک سیلندر یک توربوشارژر را در نظر گرفته. توربوشارژرهای این خودرو محصول شرکت ژاپنی IHI است که علاوه بر تولید توربوشارژر، در زمینه ساخت قطعات هواپیما، موتورهای جت، سازه‌های بزرگ تجهیزات معدنی و … نیز فعالیت می‌کند.

موتورهای توربوشارژردار می‌توانند نسبت به حجم موتور خود توان بیشتری نسبت به موتورهای تنفس طبیعی تولید کنند و علت اصلی این افزایش توان هم تزریق میزان بیشتری از هوای فشرده به درون سیلندر است در حالی که موتورهای تنفس طبیعی در نهایت هوا را با فشار هوای بیرون دریافت می‌کنند. افزایش میزان هوای ورودی به معنی آن است که سوخت می‌تواند کامل‌تر بسوزد و به این ترتیب از هر واحد سوخت انرژی بیشتری آزاد خواهد شد ضمن آنکه اکنون می‌توان سوخت بیشتری را نیز به درون سیلندر تزریق کرد.

همان‌گونه که در تصویر موتور این خودرو می‌بینید، فراری دو توربوشارژر را در کناره بلوک سیلندر جای داده است و این دقیقاً برخلاف راه حلی است که خودروسازان آلمانی از جمله ب‌ام‌و، آئودی و به زودی مرسدس‌بنز انتخاب کرده‌اند. آلمانی‌ها توربوشارژرها را در میان بلوک‌های سیلندر قرار می‌دهند و علت اصلی این موضوع هم کاهش پدیده تأخیر توربو یا turbo lag است.

در موتورهای عادی، با فشردن پدال گاز، دریچه هوای موتور باز شده و متناسب با آن مدت پاشش سوخت انژکتورها نیز افزایش پیدا می‌کند. این فرآیند به ویژه در خودروهای سوپراسپرت به سرعت رخ می‌دهد و فاصله بسیار اندکی میان زمان فشردن پدال گاز و واکنش موتور خودرو وجود دارد اما متأسفانه موتورهای توربوشارژردار در این زمینه ضعف بزرگی دارند. توربوشارژر برای کارکرد خود به جریان گازهای خروجی اگزوز وابسته است و به همین دلیل در زمان کارکرد موتور در دورهای پایین، به دلیل سرعت کم گازهای خروج، توربوشارژر عملاً نمی‌تواند کمکی به افزایش توان موتور بکند.

با فشردن یکباره پدال گاز هم برای لحظاتی همین مسأله ادامه پیدا می‌کند چرا که آنچنان سرعت گازهای خروجی موتور به حد کافی بالا نیست تا توربوشارژر بتواند وارد عمل شود. این فاصله زمانی میان فشردن پدال گاز تا وارد عمل شدن توربوشارژر با عنوان «تأخیر توربو» نامیده می‌شود که به هیچ عنوان برای یک خودروی سوپراسپرت قابل قبول نیست چرا که در این خودروها راننده نیاز به واکنش فوری پدال گاز دارد. به همین دلیل هم خودروسازان آلمانی با قرار دادن توربوشارژرها در میانه بلوک‌های سیلندر تلاش می‌کنند فاصله میان منیفولد دود و توربوشارژر را به حداقل برسانند. در مقابل فراری نمی‌توانست از این راه حل استفاده کند و علت آن هم ساده بود؛ کاهش ارتفاع خودرو.

فراری کالیفرنیا یک سوپراسپرت موتور جلو با درب موتوری کم ارتفاع است و موتور خودرو نیز به زحمت در این ارتفاع پایین نصب شده و به این ترتیب امکان نصب توربوشارژرها در بخش بالایی موتور خودرو وجود نداشت و به همین دلیل مهندسان فراری توربوشارژرها را در کناره‌های بلوک سیلندر نصب کرده‌اند. البته فراری اعلام کرده مشکل تاخیر توربو در این موتور دیده نمی‌شود تا جایی که به گفته متخصصان این شرکت، موتور توربوشارژر دار فراری نخستین موتوری توربوشارژرداری است که پدیده تأخیر توربو در آن وجود ندارد و واکنش موتور به فرامین راننده به صورت لحظه‌ای خواهد بود ضمن آنکه سیستم مدیریت توربوشارژر این خودرو می‌توان گشتاور را متناسب با هر تعویض دنده تنظیم کند.

به این ترتیب موتور این خودرو می‌تواند نیرو و گشتاور بیشتری تولید کند اما در عین حال به دلیل آنکه این نیروی اضافی تنها در زمان نیاز راننده تولید می‌شود، در حالت عادی و رانندگی سیکل شهری و اتوبان، مصرف سوخت فراری کالیفرنیاT اکنون به صورت ترکیبی تنها ۱۰٫۵ لیتر است و ۲۵۰گرم CO2 در هر کیلومتر خواهد داشت که هر دو کاهش ۱۵درصدی را نسبت به مدل قبلی نشان می‌دهد.

موتور این خودرو علاوه بر توربوشارژر، به سیستم تزریق مستقیم سوخت و زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌های دود و هوا نیز مجهز است تا فراری بتواند بار دیگر برتری خود را در دنیای سوپراسپرت‌ها نشان دهد.